石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)（Graphene）具有優異的(de)(de)光學、電(dian)(dian)學、力學特性(xing)，被認為(wei)是一種未來(lai)革(ge)命性(xing)的(de)(de)功能/結構材料(liao)，在能源環境(jing)、生物(wu)醫(yi)療(liao)、電(dian)(dian)子(zi)器(qi)件、化工(gong)和航空航天等(deng)(deng)多方(fang)面(mian)具有重要的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。采(cai)用(yong)(yong)射(she)頻感應(ying)加(jia)(jia)熱和微(wei)波加(jia)(jia)熱等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)制(zhi)(zhi)備(bei)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)能耗高(gao)(gao)，難(nan)(nan)以工(gong)業化應(ying)用(yong)(yong)。熱等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)熱解碳氫化合(he)物(wu)合(he)成(cheng)(cheng)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)，由于等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)電(dian)(dian)導(dao)率(lv)隨(sui)著溫(wen)度增加(jia)(jia)迅速上升，導(dao)致(zhi)電(dian)(dian)弧自動收縮到很小的(de)(de)范圍，對于合(he)成(cheng)(cheng)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)要求的(de)(de)毫(hao)秒級反應(ying)時間(jian)，難(nan)(nan)以實現(xian)均(jun)勻(yun)(yun)加(jia)(jia)熱，產(chan)品(pin)均(jun)勻(yun)(yun)性(xing)差，能耗高(gao)(gao)。采(cai)用(yong)(yong)課題組研制(zhi)(zhi)的(de)(de)磁分散電(dian)(dian)弧產(chan)生大面(mian)積均(jun)勻(yun)(yun)等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)的(de)(de)技術，解決了(le)等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)對物(wu)料(liao)快速均(jun)勻(yun)(yun)加(jia)(jia)熱問(wen)題。所制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)平面(mian)尺寸50-300nm，層數(shu)2-5層，表現(xian)出良好(hao)的(de)(de)晶(jing)體(ti)結構和超大的(de)(de)比表面(mian)積，產(chan)品(pin)均(jun)勻(yun)(yun)性(xing)好(hao)；制(zhi)(zhi)備(bei)方(fang)法及設備(bei)簡單，一步(bu)合(he)成(cheng)(cheng)，無需還原(yuan)，且(qie)無需基底、催化劑、溶液(ye)或酸(suan)，收率(lv)高(gao)(gao)約（~14%），能耗低約~0.4kW·h/g，成(cheng)(cheng)本低，具備(bei)實現(xian)低成(cheng)(cheng)本大規模連(lian)續生產(chan)的(de)(de)前(qian)景。

不同模式電(dian)弧(hu)CCD圖(tu)像與石(shi)墨烯樣(yang)品檢(jian)測結果

研究工作探究了(le)等離(li)子(zi)參數、原(yuan)料氣(qi)體(ti)(ti)組(zu)成與(yu)納(na)米石(shi)墨(mo)烯(xi)形(xing)態(tai)、層數及缺陷之間的關系，同時揭示(shi)了(le)產(chan)生高(gao)純度(du)石(shi)墨(mo)烯(xi)需(xu)要(yao)工藝(yi)條件。結合(he)等離(li)子(zi)體(ti)(ti)反(fan)應(ying)器流場溫度(du)場的數值模擬(ni)和(he)化學反(fan)應(ying)動力學計算，提出(chu)石(shi)墨(mo)烯(xi)可(ke)能的形(xing)成機(ji)理(li)(li)：低碰撞頻率(lv)的成核前驅體(ti)(ti)有(you)利于形(xing)成片層（sheet-like）核心，并在(zai)富(fu)氫和(he)高(gao)溫的等離(li)子(zi)體(ti)(ti)環境中保持(chi)平面(mian)生長。石(shi)墨(mo)烯(xi)形(xing)成機(ji)理(li)(li)的闡明，為(wei)產(chan)品生產(chan)控(kong)制提供了(le)理(li)(li)論指導。

團隊(dui)王(wang)城特聘副(fu)研究員和(he)(he)博士生陳(chen)仙輝分別(bie)為兩(liang)篇(pian)論(lun)文的(de)第一作(zuo)者，夏維東教授(shou)為兩(liang)篇(pian)論(lun)文的(de)通(tong)訊(xun)作(zuo)者，王(wang)城特聘副(fu)研究員和(he)(he)葉桃紅(hong)副(fu)教授(shou)分別(bie)為兩(liang)篇(pian)論(lun)文共同(tong)通(tong)訊(xun)作(zuo)者。本項(xiang)目(mu)獲(huo)得國家自然(ran)科(ke)學(xue)(xue)基金委和(he)(he)中國科(ke)學(xue)(xue)院儀(yi)器(qi)專項(xiang)基金的(de)資助。

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